富笑男， 張軟靜， 王俊斐

(河南工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引言

教育部高等教育司在2020年印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，明確全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措[1]。電磁學(xué)課程是物理學(xué)本科生的專業(yè)必修基礎(chǔ)課，是一門理論與實(shí)踐高度融合的課程[2]，重大前沿科技進(jìn)展、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展都與其密不可分。它給予人類的不僅是科技的進(jìn)步、生產(chǎn)力的解放，更重要的是一種智慧，一種獨(dú)特的思維。

為了響應(yīng)教育部全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)戰(zhàn)略舉措，我校電磁學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)該課程融入思政元素進(jìn)行了深入的探索與實(shí)踐。我們遵循不生搬硬套、強(qiáng)行升華的原則[3]，結(jié)合學(xué)科自身特點(diǎn)，把思政元素巧妙地融入課程中，達(dá)到“潤物細(xì)無聲”的教學(xué)效果[4]。通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅希望學(xué)生具有一定的分析和解決電磁學(xué)相關(guān)問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定較為扎實(shí)的理論基礎(chǔ)；同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)學(xué)生要具備強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感、科技創(chuàng)新和求真務(wù)實(shí)的精神。由此培養(yǎng)擁有正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，擁有積極向上生活態(tài)度、堅(jiān)定理想信念、崇高愛國主義情懷的大學(xué)生。

1 電磁學(xué)課程思政挖掘點(diǎn)

我們結(jié)合學(xué)科專業(yè)、課程類型的育人要求和特點(diǎn)，深入挖掘該課程蘊(yùn)含的思政教育資源，將其總結(jié)歸類為：方法類、人物類、設(shè)計(jì)類、應(yīng)用類及實(shí)踐類。

1)方法類。如點(diǎn)電荷模型、有極分子、無極分子等基本概念的提出；用高斯定理、環(huán)路定理求解電場與磁場等基本公式的掌握；電磁場高斯定理與環(huán)路定理等基本知識(shí)的理解；法拉第電磁感應(yīng)定律、麥克斯韋方程組等基本關(guān)系的理解等。使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)提升思辨能力，養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。

2)人物類。如庫倫、高斯、安培、法拉第、麥克斯韋等在電磁學(xué)發(fā)展過程中有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，也有如倫琴(X射線)，塞曼、洛倫茲(塞曼效應(yīng))，湯姆遜(氣體導(dǎo)電)，馬可尼、布勞恩(無線電報(bào))，密里根(基本電荷和光電效應(yīng))，勞倫斯(回旋加速器)，布洛赫、珀塞爾(核磁共振)等基于電磁原理榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家。用科學(xué)家的故事激發(fā)學(xué)生追求真理的科學(xué)精神，學(xué)習(xí)他們做人的理念、為人處世的能力。

3)設(shè)計(jì)類。如庫倫設(shè)計(jì)的扭秤實(shí)驗(yàn)(電荷相互作用)；奧斯特設(shè)計(jì)的小磁針實(shí)驗(yàn)(電流周圍有磁場)；法拉第設(shè)計(jì)的電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)(變化磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢)；安培設(shè)計(jì)的電流和磁鐵相互作用實(shí)驗(yàn)(安培環(huán)路定理)；亨利設(shè)計(jì)的線圈內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢的實(shí)驗(yàn)(自感現(xiàn)象)；赫茲驗(yàn)證電磁波存在的實(shí)驗(yàn)等。以此培養(yǎng)學(xué)生不畏權(quán)威，勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。

4)應(yīng)用類。如金屬罩、屏蔽服等靜電屏蔽的應(yīng)用；回旋加速器、質(zhì)譜儀等洛倫磁力的應(yīng)用；發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等電磁感應(yīng)的應(yīng)用；手機(jī)通信、導(dǎo)航等電磁波的應(yīng)用等。讓學(xué)生明白知識(shí)的積累和應(yīng)用可以助力人類文明的提升，可以推動(dòng)國家、社會(huì)的發(fā)展。

5)實(shí)踐類。如課前預(yù)習(xí)、課中測試、課后練習(xí)、小組討論、小論文的撰寫、章節(jié)的總結(jié)、測驗(yàn)及考試等。以此鍛煉學(xué)生自主探究和自主學(xué)習(xí)的能力。

2 電磁學(xué)課程思政教學(xué)案例——帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

我們團(tuán)隊(duì)選擇的教材為高等教育出版社出版，趙凱華、陳熙謀主編的新概念物理教程《電磁學(xué)》[4]。我們選取教材中第4章第5節(jié)的帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)為例，闡述課程思政如何在線上線下混合授課模式中實(shí)施。

2.1 課前思政引領(lǐng)

首先，教師團(tuán)隊(duì)在準(zhǔn)備理論知識(shí)的同時(shí)，深挖本節(jié)的思政元素并總結(jié)歸類為人物類、應(yīng)用類、實(shí)踐類。

2.1.1 人物類

洛倫茲是近代卓越的理論物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，經(jīng)典電子論的創(chuàng)立者，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。他在學(xué)術(shù)方面有很高的威望，通曉多種語言并善于總結(jié)最為復(fù)雜的爭論，同行都非常佩服他淵博的學(xué)問、高超的技術(shù)、無比精煉的語言。愛因斯坦曾在他的葬禮上這樣致辭：“洛倫茲終其一生都在細(xì)致入微地進(jìn)行著可謂藝術(shù)的工作。時(shí)時(shí)刻刻地和善、慷慨、公正以及對(duì)人和環(huán)境深刻的直覺讓他無論走到哪里，都能執(zhí)一方之牛耳。所有人都能感受到他并不是去管制人們，而是為他們服務(wù)，因而都很樂意跟隨他。洛倫茲的成就對(duì)我產(chǎn)生了最偉大的影響，他是我們時(shí)代最偉大、最高尚的人?！蓖ㄟ^這個(gè)人物我們可以引導(dǎo)學(xué)生向洛倫茲學(xué)習(xí)，在知識(shí)學(xué)習(xí)和為人處世方面共同進(jìn)步。

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者湯姆遜不僅取得了非凡的成績，享譽(yù)整個(gè)物理學(xué)界。而且他還培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的學(xué)生；他的學(xué)生中，有9位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。這是因?yàn)闇愤d認(rèn)為大學(xué)要培養(yǎng)可以獨(dú)立思考、有工作能力的人才，所以他要求科研工作者不僅要做實(shí)驗(yàn)的觀察者，更要做實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造者。他進(jìn)一步要求自己學(xué)生在開始做研究之前，必須掌握應(yīng)有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，甚至在研究時(shí)用到的儀器也要自已動(dòng)手制作。可引導(dǎo)學(xué)生向這些優(yōu)秀的前輩學(xué)習(xí)，用真心、使真勁，學(xué)在深處、干在實(shí)處，努力成為閃閃發(fā)光的人。

2.1.2 應(yīng)用類

帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)主要應(yīng)用，一個(gè)是回旋加速器。1958年8月30日，中國第一座原子反應(yīng)堆回旋加速器開始運(yùn)轉(zhuǎn)，標(biāo)志著我國進(jìn)入原子能科學(xué)研究和應(yīng)用階段。此后，很快突破了核彈、導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星等尖端技術(shù)，取得舉世矚目的輝煌成就。2020年9月21日，我國首臺(tái)超導(dǎo)回旋加速器的質(zhì)子束能量達(dá)到231 MeV。 據(jù)公開文獻(xiàn)報(bào)告，這是亞洲地區(qū)自主研發(fā)緊湊型超導(dǎo)回旋加速器質(zhì)子束能量首次達(dá)230 MeV以上。通過上述例子可以引導(dǎo)學(xué)生建立國家科技自信，激發(fā)他們的愛國情懷。

另一個(gè)是霍爾效應(yīng)。它可以用來研制磁流體發(fā)電機(jī)，是一種新型高效的“直接發(fā)電”方式。對(duì)比其他發(fā)電方式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、發(fā)電啟停迅速、對(duì)環(huán)境污染小、發(fā)電功率大等優(yōu)越性。但磁流體發(fā)電機(jī)要求材料具有耐高溫、耐堿腐蝕、耐化學(xué)燒蝕等特性，而所用材料的壽命都較短，因此現(xiàn)階段磁流體發(fā)電機(jī)不能長時(shí)間運(yùn)行。以此引導(dǎo)學(xué)生努力掌握科技知識(shí)，改進(jìn)磁流體發(fā)電機(jī)，并使學(xué)生意識(shí)到科技的力量，堅(jiān)定信心、敢于創(chuàng)新，不斷增強(qiáng)科技實(shí)力，為實(shí)現(xiàn)世界科技強(qiáng)國的目標(biāo)而奮斗。

2.1.3 實(shí)踐類

本節(jié)實(shí)踐類主要集中在測量荷質(zhì)比部分。教材中介紹了磁聚焦法和湯姆遜測電子荷質(zhì)比的方法。而實(shí)際上到目前為止有很多種測量荷質(zhì)比方法。老師建議學(xué)生自己查找相應(yīng)文獻(xiàn)，了解其他測量方法，并撰寫調(diào)研報(bào)告。通過上述學(xué)習(xí)方法可以增強(qiáng)學(xué)生的主體意識(shí)，不僅讓學(xué)生掌握知識(shí)，又培養(yǎng)他們主動(dòng)探求知識(shí)，自愿學(xué)習(xí)知識(shí)的能力。

通過上面的分類深挖思政元素，教師可以根據(jù)課程需要精心設(shè)計(jì)涵蓋思政元素的課程教案，并搜尋精選拓展資源，比如校外經(jīng)驗(yàn)豐富老師講解帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的視頻，科學(xué)家洛倫茲、安培、湯姆遜的故事，測定荷質(zhì)比、霍爾效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)視頻，回旋加速器、熱核反應(yīng)的簡介，最后將這些資源放置線上學(xué)習(xí)通平臺(tái)，以滿足學(xué)生自主預(yù)習(xí)和課外拓展知識(shí)面的需求。

2.2 課中思政實(shí)施

課程伊始，先播放陰極射線在磁場中偏轉(zhuǎn)的視頻，迅速吸引學(xué)生注意力，進(jìn)入課堂狀態(tài)。由電子束的偏轉(zhuǎn)引出洛倫茲力的表達(dá)式F=qv×B，隨后借助學(xué)習(xí)通，發(fā)放一道定時(shí)測試題，通過答題結(jié)果了解學(xué)生對(duì)于預(yù)習(xí)知識(shí)的掌握情況，如圖1所示。

圖1 洛倫茲力測試題結(jié)果 Fig.1 The result of test of Lorentz force

然后提問學(xué)生，對(duì)于課前了解的洛倫茲以及測定荷質(zhì)比的湯姆遜的故事有何感想。最后教師總結(jié)，任何科學(xué)家的成功都不是一蹴而就的，他們都熟讀萬卷書，存儲(chǔ)龐大知識(shí)，精通專業(yè)圖表數(shù)據(jù)，而且科學(xué)家不但具有深沉獨(dú)到的理論修養(yǎng)，還具有強(qiáng)烈執(zhí)著的社會(huì)責(zé)任感、自我超越的創(chuàng)新精神。通過科學(xué)家故事的學(xué)習(xí)，使青年大學(xué)生從中得到深刻的啟迪，認(rèn)真學(xué)習(xí)他們求真求實(shí)的科學(xué)精神、創(chuàng)造性的思維品質(zhì)；使他們明白靈感喜歡勤奮者，機(jī)遇垂青有心人；使他們懂得怎樣珍惜大學(xué)時(shí)光，怎樣做人，走怎樣的路。激勵(lì)青年大學(xué)生在人生道路上刻苦學(xué)習(xí)、奮力拼博。

在荷質(zhì)比部分，先提問學(xué)生，除了磁聚焦法和湯姆遜測電子荷質(zhì)比的方法，課前了解到有其他測量方法嗎？在學(xué)生回答過后，可以布置課后撰寫調(diào)研報(bào)告，讓學(xué)生總結(jié)測量荷質(zhì)比的實(shí)驗(yàn)方法，并對(duì)比每種方法的優(yōu)劣，形成文字報(bào)告，課后線上提交。這既調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，做到自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題，也可鍛煉學(xué)生分析比較、歸納總結(jié)、探究結(jié)論和文筆寫作能力。

最后，講到帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)主要應(yīng)用時(shí)，先理論講解回旋加速器和霍爾效應(yīng)的原理，然后講述關(guān)于我國回旋加速器歷史和磁流體發(fā)電的問題。由此促使學(xué)生以科技創(chuàng)新為己任，鍛煉自我、追求卓越，為提高社會(huì)生產(chǎn)力、提高國際競爭力、增強(qiáng)綜合國力、保障國家安全做貢獻(xiàn)。

2.3 課后思政強(qiáng)化

課后，教師會(huì)在學(xué)習(xí)通上傳帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)的練習(xí)題，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法要求學(xué)生對(duì)知識(shí)脈絡(luò)進(jìn)行梳理，做好章節(jié)的總結(jié)；要求學(xué)生在學(xué)習(xí)通上傳荷質(zhì)比測量方法的調(diào)研報(bào)告，作為實(shí)踐作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生“自主探究性學(xué)習(xí)”能力，使他們掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，為學(xué)生真正做到工作后終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

以上是貫穿著思政元素的“帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)”的全部教學(xué)過程，圖2為此過程的總結(jié)。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們希望學(xué)生不僅具有扎實(shí)的理論知識(shí)、科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，還具有創(chuàng)新的科技精神以及強(qiáng)烈社會(huì)責(zé)任感；使他們成為對(duì)國家、對(duì)社會(huì)、對(duì)人民有用的人才。

圖2 涵蓋思政元素的教學(xué)過程 Fig.2 A teaching process including ideological and political education

3 總結(jié)

本文主要探索電磁學(xué)線上線下混合教學(xué)模式中如何融入思政元素。首先，我們通過總結(jié)歸納，把電磁學(xué)課程中的思政元素分為方法類、人物類、設(shè)計(jì)類、應(yīng)用類及實(shí)踐類等五大類。然后，以帶電粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)這一小節(jié)為例進(jìn)行了“課前思政引領(lǐng)、課中思政實(shí)施、課后思政強(qiáng)化”整個(gè)教學(xué)路徑的闡述。我們希望通過這樣的教學(xué)相長模式不僅使學(xué)生具有扎實(shí)的理論知識(shí)、科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，還促使學(xué)生以科技創(chuàng)新為己任，為國家發(fā)展添磚加瓦。